KR20120026451A - 도광판 및 면광원 장치 - Google Patents

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KR20120026451A
KR20120026451A KR1020110088961A KR20110088961A KR20120026451A KR 20120026451 A KR20120026451 A KR 20120026451A KR 1020110088961 A KR1020110088961 A KR 1020110088961A KR 20110088961 A KR20110088961 A KR 20110088961A KR 20120026451 A KR20120026451 A KR 20120026451A
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guide plate
light emitting
light guide
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카즈히로 마키시마
요시야스 이시카와
토시유키 타카이와
마사오 이노세
타다시 오쿠다
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히다치 가세고교 가부시끼가이샤
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Abstract

면광원 장치의 소형화에 수반하는 광원 근방의 입광 불균일을 저감하는 것이 가능한 도광판을 제공한다.
제1 및 제2 주면(主面), 제1 및 제2 주면을 둘러싸는 복수의 측면을 가지는 기체(基體)와, 제1 주면에 배치되어 기체의 제1 측면에 직교하는 방향으로 연신하는 제1 광학요소와, 제2 주면의 입광 에리어를 제외한 전체에 걸쳐 서로 이간(離間)해서 배치된 제2 광학요소(18)를 구비한다. 제2 광학요소(18)는, 제1 측면에 수직으로 자른 단면에 있어서, 기체의 내부로 향하는 법선이 제1 측면과 교차하는 제1 경사면(22), 및 제1 경사면(22)에 대향하는 제2 경사면(24)을 가지며, 제1 경사면(22)의 법선과 제2 주면의 법선을 포함하는 평면, 및 제2 경사면(24)의 법선과 제2 주면의 법선을 포함하는 평면의 각각 제1 측면과의 이루는 각도가 90도±10도의 범위이고, 제1 측면에 평행으로 자른 단면에 있어서, 대향하는 경사 측면(25)을 가지며, 제2 주면에 투영한 면적이 0.0001mm2보다 크고, 0.023mm2보다 작은 범위이다.

Description

도광판 및 면광원 장치{LIGHT GUIDE PLATE AND SURFACE LIGHT SOURCE DEVICE}
본 발명은, 액정표시소자 등을 배면으로부터 조사하는 도광판 및 면광원 장치에 관한 것이다.
액정표시소자는, 스스로 발광하지 않는다. 따라서, 화상을 표시시키기 위해서, 액정표시소자의 배면에 조명광을 출사하는 면광원 장치가 필요하다. 면광원 장치는, 광원으로부터 입사한 빛을 도광하여 출광면으로부터 출사시키는 도광판을 구비한다.
면광원 장치는, 표시 불균형이 없이, 고휘도, 고효율의 성능이 요구된다. 액정표시소자의 표시부분에 출사광을 효율적으로 집중시키기 위해, 도광판의 하면에 배치하는 광학요소의 분포 밀도를 불균일하게 하는 것이 제안되고 있으며, 선(線)형상의 광원을 이용하는 경우에는 확산 패턴 소자를 선형상의 광원의 길이 방향과 평행하게 배치하는 것이 제안되고 있다(특허문헌 1 참조). 또한, 도광판의 출광면 상에 하향 프리즘 시트나 상향 프리즘 시트를 이용하는 것이 제안되고 있다(특허문헌 2, 3 및 4 참조).
하향 프리즘 시트를 이용한 종래의 면광원 장치의 경우는, 광원, 도광판, 반사 부재, 하향 프리즘 시트, 및 확산 시트를 구비한다. 도광판은, 광원의 발광면과 대향하여 배치된다. 반사 부재는, 도광판의 하면에 배치된다. 하향 프리즘 시트는, 도광판의 상면에 배치된다. 확산 시트는, 하향 프리즘 시트의 위에 배치된다.
광원은, 발광 다이오드(LED) 등의 점광원이 복수개 이용된다. 도광판에서는, 광원에 대향하여 배치된 일측면이 입광면, 입광면에 직교하는 한쪽의 주면(主面)이 출광면, 다른 한쪽의 주면이 반사면으로 된다. 반사면에는, 입광면에 평행한 방향으로 연신(延伸)하는 광학홈이 설치된다.
조명광의 균일화를 위해서, 입광면에 직교하는 방향으로 연신하는 미세한 복수의 광학홈을 출광면에 배치해도 된다.
광원에서 나온 빛은, 입광면으로부터 도광판 내로 도입된다. 빛은, 도광판 내에서 반사면의 광학홈에서 반사를 반복하고, 임계각 이상이 되었을 때 출광면을 통해 도광판 밖으로 출사된다. 도광판 밖으로 출사된 빛은, 하향 프리즘 시트에 의해 출광면의 법선 방향으로 편향되며, 또한 확산 시트를 통하여 방사된다. 확산 시트는, 액정표시소자와의 무아레(moire, 간섭무늬)를 방지하기 위해서 배치된다. 무아레 발생이 없는 경우는, 확산 시트는 구비하지 않아도 된다.
한편, 상향 프리즘 시트를 이용한 종래의 면광원 장치의 경우는, 광원, 도광판, 반사 부재, 확산 시트, 한장 내지 두장의 상향 프리즘 시트를 구비한다. 도광판은, 광원의 발광면과 대향하여 배치된다. 반사 부재는, 도광판의 하면에 배치된다. 확산 시트는, 도광판의 표면에 배치된다. 한장 내지 두장의 상향 프리즘 시트는, 확산 시트 위에 배치된다.
광원은, 발광 다이오드(LED) 등의 점광원이 복수개 이용된다. 도광판에서는, 광원에 대향하여 배치된 일측면이 입광면, 입광면에 직교하는 한쪽의 주면이 출광면, 다른 한쪽의 주면이 반사면으로 된다. 반사면에는, 입광면에 평행한 방향으로 연신하는 광학홈이 설치된다. 조명광의 균일화를 위해서, 입광면에 직교하는 방향으로 연신하는 미세한 복수의 광학홈을 출광면에 배치해도 된다.
광원에서 나온 빛은, 입광면으로부터 도광판 내로 도입된다. 빛은, 도광판 내에서 반사면의 광학홈에서 반사를 반복하여, 임계각 이상이 되었을 때 출광면을 통해 도광판 밖으로 출사된다. 도광판 밖으로 출사된 빛은, 출광면 내의 밝기를 균일하게 하기 위해서 확산 시트에서 확산되며, 또한 상향 프리즘 시트를 통하여 방사된다. 한장 내지 두장 상향 프리즘 시트는, 확산 시트에서 확산된 빛을 출광면의 법선 방향으로 집광하여, 정면의 휘도를 향상시키기 위해서 배치된다. 상향 프리즘 시트는, 한장의 배치여도 되지만, 프리즘의 능선이 거의 직교하도록, 두장을 중첩하여 배치함으로써, 집광효율이 향상하고 또한 정면 휘도를 향상시킬 수 있기 때문에, 주로 두장이 배치되어 있다.
이들 제안되고 있는 면광원 장치에서는, 도광판으로부터 지향성이 강한 빛을 출사시킴으로써, 고휘도, 고효율을 실현하고 있다. 이 때문에, 도광판에 있어서의 빛의 확산이 약하고, 입광면의 근방에 있어서는, 복수의 광원에 대향하는 입광부의 각각에서 명부(明部), 복수의 광원간에 대향하는 입광부에서는 암부(暗部), 및 입광부 부근에 강한 휘선(輝線) 등의 입광 불균일이 발생한다.
입광 불균일을 개선하기 위해서, 도광판의 하면으로부터 빛을 반사시켜, 반사 부재의 반사면에 형성한 광학홈에 의해 다시 도광판으로 반사시키는 방법이 제안되고 있다(특허문헌 5 참조). 반사 부재에 설치된 광학홈은, 도광판의 입광면 근방에 대응하는 영역에 있어서는 빛을 확산하는 형상을 이용하고 있다.
또한, 입광 불균일을 개선하기 위해서, 도광판의 입광면에 있어서 빛을 확산시키고, 도광판 내로 빛을 균일하게 입사시키는 방법이 취해지고 있다. 혹은, 도광판의 출광면에 있어서 빛을 확산시키고, 출광면으로부터 빛을 균일하게 출사시켜도 된다. 이 경우, 입광면 혹은 출광면에는, 블러스트 처리 등에 의해 가공된 조면(粗面) 패턴이나 렌즈 패턴이 배치된다. 입광면에 있어서 빛을 확산시키는 방법에 의해, 입광 불균일을 개선할 수 있다.
그러나, 최근, 면광원 장치의 소형화에 동반하여, 복수의 광원에 대향하는 입광면부터 면광원 장치의 유효 발광에리어(액정표시소자의 표시 에리어)까지의 거리가 단축되는 경향에 있어, 입광 불균일이 발생하기 쉬워지고 있다. 이 때문에, 종래와 같은 방법으로는, 입광 불균일의 개선이 충분히 되고 있지 않다.
특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 평11-231797호 특허문헌 2: 일본국 특허공개공보 2005-142078호 특허문헌 3: 일본국 특허공개공보 2008-218418호 특허문헌 4: 일본국 특허공개공보 2006-208869호 특허문헌 5: 국제공개 팜플렛 제05/061957호
본 발명은, 장치의 소형화에 동반하는 광원 근방의 입광 불균일을 저감하는 것이 가능한 도광판 및 면광원 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1의 실시예는, 서로 대향하는 제1 및 제2 주면(主面), 제1 및 제2 주면을 둘러싸는 복수의 측면을 가지는 기체(基體)와, 제1 주면에 배치되어, 기체의 제1 측면에 직교하는 방향으로 연신(延伸)하는 복수의 제1 광학요소와, 제2 주면의 제1 측면 근방에 있는 입광 에리어를 제외한 전체에 걸쳐 서로 이간(離間)하여 배치된 복수의 제2 광학요소를 구비하고, 복수의 제2 광학요소의 각각은, 제1 측면에 수직으로 자른 단면에 있어서, 기체의 내부로 향하는 법선이 제1 측면과 교차하는 제1 경사면, 및 제1 경사면에 대향하는 제2 경사면을 가지며, 제1 경사면의 법선과 제2 주면의 법선을 포함하는 평면, 및 제2 경사면의 법선과 제2 주면의 법선을 포함하는 평면의 각각 제1 측면과의 이루는 각도가 90도±10도의 범위이고, 제1 측면에 평행하게 자른 단면에 있어서, 서로 대향하는 경사 측면을 가지며, 상기 제2주면에 투영한 각각의 면적이 0.0001mm2보다 크고, 0.023mm2보다 작은 범위인 도광판인 것을 요지로 한다.
본 발명의 제2의 실시예는, 액정표시소자를 조사하는 면광원 장치로서, 본 발명의 제1의 실시예에 의한 도광판과, 제1 측면을 입광면으로 하여, 입광면에 대향하여 배치된 광원과, 도광판의 반사면에 면(面)해서 배치되어, 반사면으로부터 입사하는 빛을 도광판 내에 반사하는 반사 부재와, 반사면의 반대측의 출광면에 면(面)하도록 배치되어, 출광면으로부터 입사하는 빛의 전파 방향을 제어하여 집광하는 집광 부재를 구비하는 면광원 장치인 것을 요지로 한다.
본 발명에 의하면, 장치의 소형화에 동반하는 광원 근방의 입광 불균일을 저감하는 것이 가능한 도광판 및 면광원 장치를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시의 형태와 관련되는 하향 프리즘 시트를 사용한 면광원 장치의 일례를 나타내는 측면 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 실시의 형태와 관련되는 상향 프리즘 시트를 사용한 면광원 장치의 다른 예를 나타내는 측면 개략도이다.
도 3은, 본 발명의 실시의 형태와 관련되는 도광판의 일례를 나타내는 조감개략도이다.
도 4는, 도 3에 나타낸 도광판의 표면의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 5는, 도 4에 나타낸 도광판의 A-A 단면의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 6은, 도 3에 나타낸 도광판의 하면(下面)의 일례를 나타내는 도이다.
도 7은, 본 발명의 실시의 형태와 관련되는 제2 광학요소의 일례를 나타내는 평면 개략도이다.
도 8은, 도 7에 나타낸 도광판의 B-B 단면의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 9는, 도 7에 나타낸 도광판의 C-C 단면의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 10은, 본 발명의 실시의 형태와 관련되는 면광원 장치의 다른 예를 나타내는 측면 개략도이다.
도 11은, 본 발명의 실시의 형태와 관련되는 면광원 장치의 다른 예를 나타내는 측면 개략도이다.
다음으로, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시의 형태를 설명한다. 이하의 도면의 기재에 있어서, 동일 또는 유사한 부분에는 동일 또는 유사한 부호를 부여하고 있다. 단, 도면은 모식적(模式的)인 것이며, 두께와 평면 치수와의 관계, 각층의 두께의 비율 등은 현실의 것과는 다르다는 것에 유의해야 한다. 따라서, 구체적인 두께나 치수는 이하의 설명을 참작하여 판단해야할 것이다. 또한, 도면 상호간에 있어도 서로의 치수 관계나 비율이 다른 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.
또한, 이하에 나타내는 실시의 형태는, 이 발명의 기술적 사상을 구체화하기 위한 장치나 방법을 예시하는 것이며, 이 발명의 기술적 사상은, 청구항의 범위에 있어서 여러 가지의 변경을 더할 수 있다.
본 발명의 실시의 형태와 관련되는 도광판(3)은, 도 1에 나타내는 하향 프리즘 시트(5)를 사용한 면광원 장치, 및 도 2에 나타내는 두장의 상향 프리즘 시트(6, 6a)를 사용한 면광원 장치에 이용할 수 있다. 도광판(3)은, 기체(基體)(4), 기체(4)의 제1 주면(主面)(12)에 설치된 복수의 제1 광학요소(16), 제1 주면에 대향하는 제2 주면(14)에 설치된 복수의 제2 광학요소(18)를 구비한다.
도광판(3)의 구조는, 도 1 및 도 2에 나타낸 면광원 장치에 공통으로, 도 3, 도 4 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 약 직사각형의 기체(4)가 이용된다. 기체(4)의 제1 및 제2 주면(主面)(12, 14)를 둘러싸는 4측면 가운데, 하나의 측면을 제1 측면, 제1 측면의 반대측의 측면을 제2 측면으로 한다. 또한, 면광원 장치에 이용할 때, 제1 측면을 입광면(10)으로 한다. 이하의 설명에 있어서는, 도광판(3)에는 직사각형의 기체(4)를 이용하여 설명하지만, 기체(4)의 형상은 한정되지 않는다. 예를 들면, 기체(4)로서 사각형 이상의 다각형을 이용해도 된다. 또한, 기체(4)에 이용하는 다각형의 복수의 측면을 입광면으로서 이용해도 된다. 이하에 있어서는, 도 1 혹은 도 2에 나타낸 면광원 장치를 이용하여 도광판(3)의 동작에 관하여 설명한다.
본 발명의 실시의 형태와 관련되는 면광원 장치는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 광원(1), 도광판(3), 집광 부재(8), 반사 부재(7) 등을 구비한다. 면광원 장치로 조사되는 액정표시소자(도시 생략)에 대응하는 도광판(3)의 영역을 표시 에리어(34)로 한다. 표시 에리어(34)를 내포하여, 제2 광학요소가 배치되어 있는 도광판(3)의 영역을 발광에리어(30), 입광면(10)으로부터, 발광에리어(30)의 입광면(10) 측에 가장 가까운 제2 광학요소(18)의 입광면(10)측의 끝(端)까지의 영역,바꾸어 말하면, 제1 측면 근방의 영역을 입광 에리어(32)로 한다. 즉, 표시 에리어(34)는 유효 발광에리어이며, 발광에리어(30)보다 작은 범위에 배치된다.
광원(1)은, 도광판(3)의 입광면(10)에 면(面)하도록 배치된다. 집광 부재(8)는, 도광판(3)의 출광면인 제1 주면(12)에 면하도록 배치된다. 집광 부재(8)는, 제1 주면(12)로부터 입사하는 빛의 전파 방향을 제어하여 집광한다. 반사 부재(7)는, 도광판(3)의 반사면인 제2 주면(14)에 면하도록 배치된다. 반사 부재(7)는, 제2 주면(14)으로부터 입사하는 빛을 도광판(3) 내로 반사한다.
집광 부재(8)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 하향 프리즘 시트(5), 확산 시트(9)를 구비한다.
집광 부재(8)는, 하향 프리즘 시트(5)의 복수의 프리즘열(26)이 배열된 주면이 제1 주면(12)에 면하도록 배치된다. 확산 시트(9)는, 하향 프리즘 시트(5)를 사이에 두고 도광판(3)과 대향하도록 배치된다.
혹은, 집광 부재(8)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 확산 시트(28), 상향 프리즘 시트(6, 6a)를 구비한다. 집광 부재(8)는, 확산 시트(28)가, 도광판(3)의 출광면인 제1 주면(12)에 면하도록 배치된다. 상향 프리즘 시트(6)는, 복수의 프리즘열(27)이 배열된 주면에 대향하는 다른 주면이 확산 시트(28)를 사이에 두고 도광판(3)과 대향하도록 배치된다. 상향 프리즘 시트(6a)는, 복수의 프리즘열(27a)이 배열된 주면에 대향하는 다른 주면이 프리즘 시트(6)를 사이에 두고 확산 시트(28)와 대향하도록 배치된다. 상향 프리즘 시트(6, 6a)는, 프리즘열(27)과 프리즘열(27a)의 능선이 서로 거의 직교하도록 배치된다. 또한, 상향 프리즘 시트(6a)를 생략하고, 한장의 상향 프리즘 시트(6)를 이용하는 구성으로 해도 된다.
도광판(3)의 입광면(10)에 대향하여 복수의 점광원, 예를 들면 3개의 LED가 광원(1)으로서 배치된다. 광원(1)으로부터 나온 빛은, 입광면(10)을 통하여 도광판(3) 내로 도입된다. 도광판(3) 내를 도파하는 빛은, 제2 주면(14)의 제2 광학요소(18)의 제1 경사면(22)에 의해 도광판(3) 내에서 반사를 반복한다.
예를 들면, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 주면(12)에 있어서 임계각 이상이 된 빛은, 출광면인 제1 주면(12)를 통해 하향 프리즘 시트(5)를 향해 출사된다. 제2 주면(14)에 있어서 임계각 이상이 된 빛은, 제2 주면(14)을 통해 반사 부재(7)를 향해 출사된다. 제2 주면(14)으로부터 출사한 빛은, 반사 부재(7)에서 반사되어 제2 주면(14)을 통해 다시 도광판(3) 내로 도입되며, 제1 주면(12)을 통해 하향 프리즘 시트(5)를 향해 출사된다. 제1 주면(12)로부터 출사한 빛은, 하향 프리즘 시트(5)에 의해 제1 주면(12)의 법선 방향으로 편향되고, 또한 확산 시트(9)를 통해 방사된다. 확산 시트(9)는, 액정표시소자와의 무아레(moire)를 방지하기 위해서 배치된다. 무아레 발생이 없는 경우는, 확산 시트(9)는 구비하지 않아도 된다.
혹은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 주면(12)을 통해 도광판(3)의 밖으로 출사된 빛은, 면 내의 밝기를 균일하게 하기 위해서, 확산 시트(28)에서 확산되고, 또한 상향 프리즘 시트(6, 6a)를 통해 방사된다. 상향 프리즘 시트(6, 6a)는, 확산 시트(28)에서 확산된 빛을 제1 주면(12)의 법선 방향으로 집광하여, 정면의 휘도를 향상시키기 위해서 배치된다. 한장의 상향 프리즘 시트(6)를 이용해도 되지만, 각각의 프리즘열의 능선이 거의 직교하도록, 두장의 상향 프리즘 시트(6, 6a)를 중첩하여 배치하는 것이 바람직하다. 두장의 상향 프리즘 시트(6, 6a)를 이용함으로써, 집광효율이 향상하여 정면 휘도를 더욱 향상시킬 수 있다.
도광판(3)의 기체(4)로서 폴리 메타크릴산 메틸(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 시클로 올레핀 폴리머(COP), 시클로 올레핀 코폴리머(COC) 등의 투명한 열가소성 플라스틱이 이용된다. 도광판(3)의 제1 광학요소(16) 및, 제2 광학요소(18)는, 사출 성형법 등에 의해 기체(4)에 형성된다.
도광판(3)의 입광면(10)에는, 광원(1)으로부터 출사된 빛을 진행 방향에 대해서 약 직교 방향으로 확산하는 이방확산 광학 패턴(도시 생략)이 설치된다. 이방확산 광학 패턴은, 예를 들면, 파상(波狀), 원호상(圓弧狀), V자형 등의 패턴이 도광판(3)의 두께 방향으로 연신하도록 설치된다. 특히, 파상 패턴은 확산성이 강하고, 휘선의 발생을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.
기체(4)의 제1 주면(12)에는, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 입광면(10)에 직교하는 방향으로 연신하는 복수의 제1 광학요소(16)가 설치된다. 복수의 제1 광학요소(16)는, 제1 주면(12)의 전체에 설치된다. 각 제1 광학요소(16)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 입광면(10)에 평행하게 자른 단면 형상이, 꼭지각 θ를 가지는 이등변 삼각형이다. 꼭지각 θ는, 80도보다 크고, 150도보다 작은 범위인 것이 바람직하다. 또한, 복수의 제1 광학요소(16)에는, 80도 보다 크고, 150도보다 작은 범위에서, 2 이상, 바람직하게는 3 이상이 다른 복수의 꼭지각 θ을 가지는 이등변 삼각형이 포함되는 것이 바람직하다.
제1 광학요소(16)는, 도광판(3)의 내부를 전파하는 빛으로 입광면(10)에 평행한 방향으로 경사진 빛을 정면 방향(출광면의 법선 방향)으로 접근하여 도광판(3)으로부터 출사시켜, 정면 방향의 광량을 늘리는 기능을 가지고 있다. 꼭지각 θ를 80도보다 크고, 150도보다 작은 범위로 함으로써, 효율적으로 정면 방향의 광량을 늘릴 수 있으며, 고휘도인 도광판이 실현 가능해진다. 또한, 단면이 다른 복수의 꼭지각 θ를 가지는 이등변 삼각형의 제1 광학요소(16)를 사용함으로써, 정면 방향의 광량을 조정할 수 있으며, 지향성을 약하게 하거나, 강하게 하거나 임의의 광출사 특성으로 하는 것이 가능해진다.
또한, 복수의 제1 광학요소(16)의 높이는, 5㎛ 이상, 보다 바람직하게는 6㎛ 이상이다. 높이의 상한은, 50㎛ 정도이다.
제1 광학요소(16)는, 홈으로 하는 것도 가능하다. 이 경우, 홈의 깊이가 5㎛ 미만에서는, 제1 주면(12)에 면해서 배치되는 하향 프리즘 시트(5), 혹은 확산 시트(28)와의 밀착이 발생하기 쉬워져서, 표시 결함이 발생하기 쉬워지므로 5㎛ 이상, 보다 바람직하게는 6㎛ 이상으로 한다.
기체(4)의 제2 주면(14)에는, 도 3 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 복수의 제2 광학요소(18)가, 발광에리어(30)의 전체에 걸쳐 서로 이간(離間)하여 설치된다. 복수의 제2 광학요소(18)의 각각은, 도 7~도 9에 나타내는 바와 같이, 입광면(10)에 수직으로 자른 단면형상(도 7의 B-B선으로 자른 단면형상)이 톱니형이며, 도광판(3)의 내부로 향하는 법선이 입광면(10)과 교차하는 제1 경사면(22), 및 제1 경사면(22)에 대향하는 제2 경사면(24)을 가진다. 즉, 제2 경사면(24)의 도광판(3)의 내부로 향하는 법선은, 입광면(10)의 반대측의 면으로 향하여, 입광면(10)과는 교차되지 않는다. 또한, 제2 광학요소(18)는, 입광면(10)에 평행하게 자른 단면 형상(도 7의 C-C선으로 자른 단면 형상)이 사다리꼴이며, 서로 대향하는 경사 측면 (25)을 가진다.
제1 경사면(22)은 직사각형이며, 입광면(10)에 평행한 방향의 폭 Wa는, 0.15 mm 이하의 범위이다. 제2 경사면(24)은 사다리꼴 형상이며, 저변의 폭 Wb는, Wa보다 크고 0.3mm 이하의 범위이다. 경사 측면(25)은 삼각형상이며, 저변의 폭 Wc는, 0.3mm 이하의 범위이다. 제2 광학요소(18)의 폭Wa, Wb, Wc가 상기의 범위를 넘어 너무 커지면, 발광 시에, 제2 광학요소(18)가 휘점으로서 시인되어 표시 결함이 발생한다.
제2 광학요소(18)의 방향은, 제1 경사면(22)의 법선과 제2 주면(14)의 법선을 포함하는 평면, 및 제2 경사면(24)의 법선과 제2 주면(14)의 법선을 포함하는 평면이, 입광면(10)과 거의 직각으로 교차하는 방향으로 배치된다. 즉, 복수의 제2 광학요소(18)는, 입광면(10)에 대해서 거의 정해진 일정 방향을 향하고 있다. 이에 의해, 제1 경사면(22)에서 반사하는 빛이 폭방향(광원(1)이 배열된 방향)으로 퍼져, 입광면(10) 근방의 입광 불균일이 저감한다. 또한, 제2 경사면(24)에서 반사하는 광량이 감소하여, 정면 방향(액정표시장치로 향하는 방향)의 광량의 저하를 막는 효과가 있다. 제2 경사면(24)에서 반사한 빛은, 정면 방향의 휘도를 저하시키는 방향으로 출사되기 때문이다. 또한, 거의 직각 방향이란, ±10도 정도의 격차를 허용으로 하는 것이다.
제1 경사면(22)이 입광면(10)의 법선과 이루는 각도 α는, 0.5도보다 크고, 10도보다 작은 범위가 바람직하고, 0.5도보다 크고, 5도보다 작은 범위가 보다 바람직하다. 제2 경사면(24)이 입광면(10)의 법선과 이루는 각도 β는, 50도보다 크고, 89도보다 작은 범위가 바람직하고, 70도보다 크고, 89도보다 작은 것이 보다 바람직하다.
각도 α는, 10도 이상에서는, 입광면(10)측에서 많은 빛이 출사되고, 0.5도 미만에서는, 입광면과 대향하는 면측에서 많은 빛이 출사하는 경향이 있다. 이 때문에 면광원 장치에서, 면 내를 균일하게 발광시키기 위해서는, 각도 α를 이 범위로 하는 것이 바람직하다.
각도 β는, 50도 미만이면, 입광면(10)과 대향하는 면에서 반사한 빛이, 제2 경사면(24)에서 반사되어 규정의 각도보다 기운 방향에서 도광판(3)의 밖으로 출사된다. 그 때문에, 면광원 장치를 경사지게 보았을 때에, 부분적으로 밝은 부분이 발생한다고 하는 표시 결함이 발생한다. 또한, 각도 β를 89도 이상으로 하면, 사출 성형 시에 각부분이 금형에 걸려, 이지러짐 등의 성형 결함이 발생하는 경향이 있다.
또한, 입광면(10)에 평행하게 자른 단면에 있어서, 경사 측면(25)이 제2 주면(14)의 법선에 직교하는 선과 이루는 각도 γ는, 40도보다 크고, 75도보다 작은 범위가 바람직하다. 경사 측면(25)은, 도광판(3)의 내부를 전파하는 빛으로 입광면(10)에 평행한 방향으로 경사진 빛을 정면 방향(출광면의 법선 방향)으로 접근하여 도광판(3)으로부터 출사시켜, 정면 방향의 광량을 늘리는 기능을 가지고 있다. 각도 γ를 40도보다 크고, 75도보다 작은 범위로 함으로써, 효율적으로 정면 방향의 광량을 늘릴 수 있어, 고휘도인 도광판이 실현 가능해진다.
또한, 이 제2 광학요소(18)의 제1 경사면(22) 및, 제2 경사면(24), 양 경사 측면(25)이 거울면인 것이 바람직하다. 각각의 면이 거울면이 아니면, 반사 시에 빛이 확산하여, 휘도 저하를 부른다.
각 제2 광학요소(18)의 크기는, 거의 일정하다. 제2 광학요소(18)를 제2 주면(14)에 투영한 면적이, O.0001mm2보다 크고, O.023mm2보다 작은 범위 내인 것이 중요하며, 0.0001mm2보다 크고, O.001mm2보다 작은 범위 내가 보다 바람직하다. 면적이 0.0001mm2 미만에서는, 제2 광학요소(18)의 수가 많아져, 성형용 금형의 가공 시간에 많은 시간이 걸린다. 또한, 면적이 O.023mm2 이상에서는, 제2 광학요소(18)가 너무 커져서, 발광 시에, 제2 광학요소(18)가 휘점(輝點)으로서 시인되어, 표시 결함이 발생한다. 그 때문에, 제2 광학요소(18)의 면적을 0.0001mm2보다 크며, 0.023mm2보다 작은 범위로 하는 것이 입광 불균일을 저감하는데 필수이다.
복수의 제2 광학요소(18)는, 제2 주면(14)의 발광에리어(30)에 있어서 단위면적당의 제2 광학요소(18)의 개수, 혹은 면밀도가 발광에리어(30)의 입광면(또는 제1 측면)(10)측의 단부영역(端部領域)보다 발광에리어(30)의 입광면(또는 제1 측면)(10)의 반대측인 제2 측면측의 단부영역에 있어서 많아지도록 배치되어 있다. 여기서, 제2 광학요소(18)의 면밀도를, 제2 주면(14)을 입광면(또는 제1 측면)(10)에 직교하는 평면에 투영했을 때에, 투영면적이 1mm2인 투영 영역에 대해서, 투영 영역에 포함되는 제2 광학요소(18)의 투영면적의 백분율로 정의한다. 또한, 발광에리어(30)의 입광면(또는 제1 측면)(10)측의 단부영역을, 발광에리어(30)의 입광면(또는 제1 측면)(10) 측의 끝(端)으로부터 발광에리어(30) 내부로 1mm 이내의 영역으로 정의한다. 또한, 발광에리어(30)의 제2 측면측의 단부영역을, 발광에리어(30)의 제2 측면측의 끝으로부터 발광에리어(30) 내부로 1mm 이내의 영역으로 정의한다. 또한,제2 주면(14)을 입광면(또는 제1 측면)(10)에 직교하는 평면에 투영했을 때에, 발광에리어(30)의 입광면(또는 제1 측면)(10)측의 단부영역에 있어서, 투영면적이 1mm2인 투영 영역을 제1 투영 영역, 발광에리어(30)의 제2 측면측의 단부영역에 있어서, 투영면적이 1mm2인 투영 영역을 제2 투영 영역이라고 정의한다.
발광에리어(30)의 입광면(또는 제1 측면)(10)측의 단부영역에서의 제1 투영 영역에 있어서, 제2 광학요소(18)의 면밀도는, 10% 이상, 40% 이하의 범위가 바람직하고, 20% 이상, 35% 이하의 범위가 보다 바람직하다. 발광에리어(30)의 입광면(또는 제1 측면)(10)측의 단부영역에 있어서, 제2 광학요소(18)의 면밀도가 10% 미만에서는, 제2 광학요소(18)가 휘점(輝點)으로서 인식되어, 표시 결함이 발생한다. 제2 광학요소(18)의 면밀도가 40%를 넘으면, 입광면(10)측에서 많은 빛이 출사하기 때문에, 발광에리어(30) 내 혹은 유효 발광에리어인 표시 에리어(34) 내에서의 출사광이 불균일하게 된다. 제2 광학요소(18)의 투영면적이 상술한 범위내에 있음으로써, 면광원 장치의 소형화에 동반하여 입광면으로부터 유효 발광에리어까지의 거리가 단축되었을 때에 입광 불균일이 없는 적절한 제2 광학요소(18)의 면밀도를 찾아내는 것이 가능하게 되었다.
발광에리어(30)의 제2 측면측의 단부영역에서의 제2 투영 영역에 있어서, 제2 광학요소(18)의 면밀도는, 30% 이상, 65% 이하의 범위가 바람직하고, 40% 이상, 60% 이하의 범위가 보다 바람직하다. 발광에리어(30)의 제2 측면측의 단부영역에 있어서, 제2 광학요소(18)의 면밀도가 30% 미만에서는, 광원(1)으로부터 도광판(3)으로 입사한 빛에 대해서, 도광판(3)의 밖으로 출사되는 빛이 감소하여, 휘도 저하를 부른다. 제2 광학요소(18)의 면밀도가 65%를 넘으면, 제1 경사면(22)으로부터 도광판 밖으로 출사되어 제2 경사면(24)으로부터 다시, 도광판(3) 내로 입사 하는 빛이 많아진다. 이 빛은, 출광면으로부터 출사될 때의 출사 각도가, 적정치에서 크게 벗어나 있기 때문에, 프리즘 시트 투과 후의 빛이 정면으로 출사되지 않아, 휘도 저하를 부른다.
일반적인 면광원 장치에서는, 입광면으로부터 표시 에리어까지의 거리는 약 4mm이다. 공차 등을 고려하면, 입광면으로부터 3mm를 넘는 영역에서 표시 불균형이 발생하지 않게 할 필요가 있다. 또한, 통상, 복수의 광원의 간격은, 6mm~15mm의 범위이다. 이것보다, 복수의 광원(1)의 간격을 6mm~15mm로 하여, 입광면(10)에서 3mm 이간한 위치까지의 발광에리어(30)의 영역에 있어서, 표시 불균형을 억제할 수 있는 경사면 비율을 광학 시뮬레이션에 의해 산출했다. 그 결과, 예를 들면, 복수의 광원(1)의 각각 대향하는 입광 에리어(32)의 근방의 발광에리어(30)의 영역에 명부가 발생했을 경우는, 명부가 발생하고 있는 영역의 제2 광학요소(18)의 밀도를 감소시킨다. 또한, 복수의 광원(1)간의 각각 대향하는 입광 에리어(32)의 근방의 발광에리어(30)의 영역에 암부가 발생했을 경우는, 암부 발생 영역의 제2 광학요소(18)의 밀도를 증가시킨다. 즉, 입광면(10)측에서의 발광에리어(30)와 표시 에리어(34)와의 사이의 영역에 있어서, 제2 광학요소(18)의 밀도를 적정화함으로써, 표시 불균형을 억제할 수 있다는 것을 알았다.
또한, 실시의 형태와 관련되는 면광원 장치에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 하향 프리즘 시트(5)의 복수의 프리즘열(26)이 형성된 주면이 도광판(3)에 대향하여 확산 시트(9)와 도광판(3)의 사이에 배치된다. 혹은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 확산 시트(28)가 도광판(3)에 대향하여 배치되고, 상향 프리즘 시트(6, 6a)의 복수의 프리즘열(27, 27a)이 형성된 면의 반대측의 면이 확산 시트(28)를 사이에 두고 도광판(3)에 대향하여 배치된다. 그 결과, 고휘도, 고효율의 면광원 장치를 실현할 수 있다.
또한, 상술한 설명에 있어서, 도 1 혹은 도 2에 나타낸 바와 같이, 도광판(3)의 제1 주면(12)을 출광면, 제2 주면(14)을 반사면으로 하고 있다. 그러나, 도 10에 나타내는 바와 같이, 제2 주면(14)을 출광면으로 하여, 프리즘 시트(5)와 면(面)하도록 배치하여도 동등한 효과를 실현할 수 있다. 혹은, 도 11에 나타내는 바와 같이, 제2 주면(14)을 출광면으로 하여, 확산 시트(28)와 면하도록 배치하여도 동등한 효과를 실현할 수 있다. 이 경우, 제1 주면(12)으로부터 출사한 빛은, 제1 주면(12)과 면하는 반사 부재(7)에 의해 반사되어, 도광판(3) 내로 다시 도입된다.
(그 외의 실시의 형태)
상기와 같이, 본 발명은 본 발명의 실시의 형태에 의해서 기재했지만, 이 명시된 일부를 이루는 논술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것이라고 이해해서는 안된다. 이 개시로부터 당업자에게는 여러가지 대체 실시의 형태, 실시예 및 운용 기술이 분명해질 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 상기의 설명으로부터 타당한 특허 청구의 범위와 관계되는 발명 특정 사항에 의해서만 정해지는 것이다.
본 발명의 도광판 및 면광원 장치는, 휴대 전화기, 게임기기, 전자수첩, 카 내비게이션, 노트 PC, TV 등의 액정표시장치 등에 이용할 수 있다.
1…광원
3…도광판
4…기체
5, 6, 6a…프리즘 시트
7…반사 부재
8…집광 부재
9…확산 시트
10…입광면(제1 측면)
12…제1 주면
14…제2 주면
16…제1 광학요소
18…제2 광학요소
22…제1 경사면
24…제2 경사면
25…경사 측면
26, 27, 27a…프리즘열
28…확산 시트
30…발광에리어
32…입광 에리어
34…표시 에리어

Claims (15)

  1. 서로 대향하는 제1 및 제2 주면(主面), 상기 제1 및 제2 주면을 둘러싸는 복수의 측면을 가지는 기체(基體)와,
    상기 제1 주면에 배치되어, 상기 기체의 제1 측면에 직교하는 방향으로 연신(延伸)하는 복수의 제1 광학요소와,
    상기 제2 주면의 상기 제1 측면 근방에 있는 입광 에리어를 제외한 전체에 걸쳐 서로 이간하여 배치된 복수의 제2 광학요소를 구비하고,
    상기 복수의 제2 광학요소의 각각은, 상기 제1 측면에 수직으로 자른 단면에 있어서, 상기 기체(基體)의 내부를 향하는 법선이 상기 제1 측면과 교차하는 제1 경사면, 및 상기 제1 경사면에 대향하는 제2 경사면을 가지며, 상기 제1 경사면의 법선과 상기 제2주면의 법선을 포함하는 평면, 및 상기 제2 경사면의 법선과 상기 제2주면의 법선을 포함하는 평면의 각각과 상기 제1 측면으로 이루는 각도가 90도±10도의 범위이고, 상기 제1 측면에 평행하게 자른 단면에 있어서, 서로 대향하는 경사 측면을 가지며, 상기 제2주면에 투영한 각각의 면적이 0.0001mm2보다 크고, 0.023mm2보다 작은 범위인 것을 특징으로 하는 도광판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 경사면이 상기 제1 측면의 법선과 이루는 각도는, 0.5도보다 크고, 10도보다 작은 범위이며, 상기 제2 경사면이 상기 제1 측면의 법선과 이루는 각도는, 50도보다 크고, 89도보다 작은 범위인 것을 특징으로 하는 도광판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 경사 측면의 각각이 상기 제2주면의 법선에 직교하는 선과 이루는 각도 γ는, 40도보다 크고, 75도보다 작은 범위인 것을 특징으로 하는 도광판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 경사면 및 제2 경사면, 및 상기 경사 측면이 거울면인 것을 특징으로 하는 도광판.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 제2 광학요소가 배치되어 있는 영역을 발광에리어, 상기 제1 측면의 반대측의 측면을 제2 측면이라고 규정하고, 상기 복수의 제2 광학요소는, 상기 발광에리어의 상기 제2 측면측의 단부영역에 있어서의 단위면적당의 개수가 상기 발광에리어의 상기 제1 측면측의 단부영역보다 많아지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판.
  6. 제5항에 있어서
    상기 제2주면을 상기 제1 측면에 직교하는 평면에 투영했을 때에, 상기 발광에리어의 상기 제1 측면측의 끝으로부터 상기 발광에리어 내부로 1mm 이내의 영역에 있어서, 투영면적이 lmm2인 임의의 제1 투영 영역에 대한, 상기 제1 투영 영역에 포함되는 상기 복수의 제2 광학요소의 투영면적의 백분율이 10% 이상, 40% 이하의 범위이며, 상기 발광에리어의 상기 제2측면측의 끝으로부터 상기 발광에리어 내부로 1mm 이내의 영역에 있어서, 투영면적이 1mm2인 임의의 제2 투영 영역에 대한, 상기 제2 투영 영역에 포함되는 상기 복수의 제2 광학요소의 투영면적의 백분율이 30% 이상, 65% 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 도광판.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 광학요소의 각각은, 상기 제1 측면에 평행하게 자른 단면 형상이, 80도보다 크고, 150도보다 작은 범위의 꼭지각을 가지는 이등변 삼각형인 것을 특징으로 하는 도광판.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 광학요소는, 상기 제1 측면에 평행하게 자른 단면 형상이, 80도보다 크고, 150도보다 작은 범위의 다른 꼭지각을 가지는 복수의 이등변 삼각형을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  9. 액정표시소자를 조사하는 면광원 장치로서,
    청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 도광판과,
    상기 제1 측면을 입광면으로 하여, 상기 입광면에 대향하여 배치된 광원과,
    상기 도광판의 반사면에 면(面)하여 배치되며, 상기 반사면으로부터 입사하는 빛을 상기 도광판내에 반사하는 반사 부재와,
    상기 반사면의 반대측의 출광면에 면하도록 배치되어, 상기 출광면으로부터 입사하는 빛의 전파 방향을 제어하여 집광하는 집광 부재
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 광학요소가 배치되어 있는 영역을 발광에리어, 상기 제1 측면의 반대측의 측면을 제2 측면이라고 규정하고, 상기 복수의 제2 광학요소는, 상기 발광에리어의 상기 제2 측면측의 단부영역에 있어서의 단위면적당의 개수가 상기 발광에리어의 상기 입광면측의 단부영역보다 많아지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 액정표시소자에 대응하여, 상기 발광에리어에 내포된 상기 도광판의 영역을 표시 에리어라고 규정하고, 상기 도광판의 상기 제2주면을 상기 입광면에 직교하는 평면에 투영했을 때에, 상기 발광에리어의 입광면측의 끝으로부터 상기 발광에리어 내부로 1mm 이내의 영역에 있어서, 투영면적이 1mm2인 임의의 제1 투영 영역에 대한, 상기 제1 투영 영역에 포함되는 상기 복수의 제2 광학요소의 투영면적의 백분율이 10% 이상, 40% 이하의 범위이며, 상기 발광에리어의 상기 제2 측면측의 끝으로부터 상기 발광에리어 내부로 1mm 이내의 영역에 있어서, 투영면적이 1mm2인 임의의 제2 투영 영역에 대한, 상기 제2 투영 영역에 포함되는 상기 복수의 제2 광학요소의 투영면적의 백분율이 30% 이상, 65% 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출광면이, 상기 제1 주면인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  13. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출광면이, 상기 제2 주면인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집광 부재가, 복수의 프리즘열이 배열된 주면이 상기 출광면에 면하도록 배치된 하향 프리즘 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  15. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집광 부재가, 상기 출광면에 면하도록 배치된 확산 시트, 복수의 프리즘열이 배열된 주면에 대향하는 다른 주면이 상기 확산 시트를 사이에 두고 상기 출광면에 대향하도록 배치된 상향 프리즘 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
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